JP2004526580A - Workpiece support - Google Patents
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Abstract
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は工具に関し、さらに詳細には、再構成可能なモジュール式工具に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
工具あるいは原型の製造は、従来的には、材料のビレットに対する機械加工と、鋳型からの鋳造、板金などからの彫塑あるいは鋳肌掃除(fettling)、あるいは組み立てのような付加的な工程とを含む。典型的には航空産業及び自動車工業において要求される大寸法の工具の場合、これらの方法による工具の製造には時間がかかり、コストは許容できないほど高くなる。この問題の原因の一つは、必要とされる材料のビレットの寸法が大きいことであり、製造時の工具にも累を及ぼすうえ、供給の何ヶ月も前に発注されなければならない。
【0003】
さらに、工具製造に必要な熟練工の作業時間量及び材料のために、例えば、製品開発、制限されたバッチ製造及び大量カスタマイゼーションのような、制限された生産量で工具を製造することは、従来的には非経済的であった。
【0004】
これらの問題点を克服するために、米国特許第5,846,464号の開示に代表されるような再構成可能なモジュール式工具が開発された。この特許に開示された工具においては、上下方向に調整可能なピンの列が駆動ベース上に取り付けられて、各ピンの高さはベース上で各々個別に設定できる。可撓性を有する表面すなわちフェースシートが可撓性を有する支持台に接続され、支持台はピンの端部に取り付けられる。これにより、ピンの個別の高さを調整することによってフェースシートの表面輪郭を所望の輪郭に設定することができる。所望の輪郭をあらかじめプログラムすることで、調整はコンピュータを介して自動的に制御される。この工具を用いる際には、フェースシート表面は、例えば鋳造のような原型又はモールド作成用の一次工具製造表面又は二次工具製造表面のいずれとしても作動する。
【0005】
上記のような種類の再構成可能な工具は、応用例によっては適切に用いられ得るが、応用例によっては、工具製造表面における充分な剛性及び/又は画定のきめこまかさを欠くことがある。可撓性を有するフェースシートを支持するピンは互いに離間しており、所望の表面輪郭の平面としては存在していない。そのため、フェースシート表面は、所望の表面輪郭の各点をつないだ近似面にすぎない。表面の解像度は、工具列のピンの密度、数および寸法に左右されるが、ピンの密度が増大するにつれピンの寸法が減少し、ピン位置の調整が難しくなる。
【0006】
複数のピンの結合強度は通常の固い工具よりずっと低く、よってこの工具は、大方の工具製造作業に耐えられるだけの強度を有さない。さらに、アスペクト比すなわち工具製造表面の深度の、幅と比較しての範囲は、フェースシートの変形可能な量によって制限される。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によれば、工具製造システムが提供され、このシステムは、アレイ(array)に配置された複数の要素を含み、各要素は、前記アレイにおける他の要素に相対して長手方向に移動可能であると共に、第一の端部を有する。前記システムはさらに、前記要素の自由端が所望の表面輪郭を略画定するように前記要素の相対的な長手方向位置を調整する手段と、前記要素を調整された位置に保持する手段とを含み、着脱自在にベース部分に取り付けられた機械加工可能な部分に各要素の第一の端が設けられ、また、所望の表面輪郭を作成すべく、前記要素の自由端が機械加工可能に配置されることを特徴とする。
【0008】
本明細書で用いられている用語「ベース部分」は、要素の一部分であって、駆動部材によって駆動可能なベース部分及び駆動部材それ自体を含む。
【0009】
アレイの要素は、要素が相互に接触して決められた位置で固定される閉止位置と、アレイの要素が離間される開放位置との間で、移動可能であることが好ましい。好ましくは駆動手段がアレイの開放及び閉止のために設けられる。
【0010】
本発明のさらに別の態様に基づいて提供される工具は、アレイに配置された複数の要素と、アレイを開放及び閉止するための駆動手段とを含み、前記アレイの前記要素は、アレイ配列の要素が相互に接触して決められた位置で固定される閉止位置と、アレイ配列の要素が互いに離間すると共に相互に総体的に上下方向に移動可能な開放位置との間で移動可能である。
【0011】
本発明のこのさらに別の態様において、要素は、例えばフライス削り、ルーティング又はレーザーアブレーションによって、正確な表面輪郭まで機械加工可能である。したがって、要素は複数回使用されてもよく、所望される特定の工具に応じて新しい表面輪郭になるように機械加工される。要素は全長にわたって機械加工可能かつ着脱自在であるか、あるいは上部及び下部から構成されると共に、上部が着脱可能かつ機械加工可能であってもよい。
【0012】
工具のフェースが機械加工される際に、工具フェースが所望の表面輪郭の各点をつないだ近似面でなく、正確な面であることは、本発明のさらなる利点である。さらに要素を機械加工することで、垂直配置、側方移動、アレイ内での固定が容易な、より大きな要素を、所与のサイズの工具に対して用いることができる。ピン数を減少させることが可能であるのも、本発明のさらなる利点である。
【0013】
好ましくは、駆動手段又はさらに別の駆動手段が各要素を上下方向に移動させる。さらに別の駆動手段は、各要素用に分離された駆動手段、各要素を順番に駆動する移動可能な駆動手段、又は各々が一つ又はそれ以上の要素を駆動する一組の駆動手段を含んでよい。
【0014】
あるいは、要素を上昇された位置に設定すると共に、各要素を重力により所望の位置まで落下させ、その位置で要素を制動し、固定してもよい。
【0015】
好ましくは、アレイ状に配置された要素は、連続的な工具製造表面を作成すべく互いにぴったり嵌合する。さらに別の代替的な配置においては、要素を互いに完全に嵌合せず、工具と真空形成において使用すべく工具表面に負圧を付加するための、また、工具の冷却及び/又は工具表面からの製品の排出を目的として工具表面に正圧を付加するためのダクトを要素間に配置してもよい。又は、工具表面に対して負圧又は正圧を付加するために要否の表面に貫通孔又はチャネルが設けられてもよい。
【0016】
各要素の断面は、略正方形であり、該正方形の第一の頂点に尖った端が形成されると共に、該正方形の対向する頂点に、前記尖った端に対応する形状の凹部が形成されることが好ましい。あるいは、要素の断面が正方形、長方形、又は互いにぴったり嵌合可能な任意の断面のいずれであってもよい。
【0017】
要素はすべて同一の寸法であってもよい。あるいは、要素は、工具表面の輪郭の変更に応じて相違する寸法であってもよい。例えば、アレイの表面輪郭の変化が大きい場合、要素に対して要求される機械加工を減少させるため、要素をより小さくして、要素密度を高くすることが好ましい。
【0018】
アレイ状に配置された要素は、工具によって製造される製品に応じて寸法が相違してもよい。例えば、高度な細部工作が施される製品領域では、要素より小さくすることによりアレイ内の要素密度を高めることが要求される。
【0019】
要素は、広範な材料、例えば、プラスチック、セラミック、金属、木材、複合物及び合金でつくられてよく、工具が用いられる環境に応じて材料を選択してよい。アレイ内の要素は、同一の、又は異なる材料から作られてよい。材料の選択は、場合によっては機械加工される工具表面の要求によって制限される。
【0020】
アレイは、アレイ内においてそれ自体特定の機能を有することが知られている特別な要素を含んでもよい。このような特別な要素には、排出ピン、アンダーカットを施すためのサイドアクションピン、及び材料をモールドに導入するためのスプルーピンが含まれる。
【0021】
本発明の工具製造システムにおいて製造される部品の表面に、要素間の隙間の存在から生じる痕跡(witness mark)が残らないことが所望又は要求される場合は、要素は工具製造表面において一体的に結合されてよい。要素を作成した材料に応じて、例えば樹脂結合又は溶接などの、任意の適切な技術のいずれによって要素を結合してよい。工具の再構成が必要とされる場合、結合は、例えば機械加工によって機械的に又は化学的に除去されてもよい。痕跡のない表面は、例えば、装飾的又は美学的な理由又は構成的な一体感を確保する理由から要求されることがある。
【0022】
使用の際は、本発明のさまざまな態様に基づく工具製造システムの背面に、冷却材または加熱媒体が付加されてもよい。
【0023】
本発明のさらなる態様によれば、アレイ状に配置された複数の要素を取り付けるステップであって、各要素はベース部分に着脱自在に取り付けられる上部を有するステップと、前記要素を互いに相対的に上下方向に移動するステップと、所望の表面輪郭になるように前記上部を機械加工するステップと、を含む工具製造方法がもたらされる。
【0024】
本発明に基づく工具製造システムに表面輪郭の大きな変更が要求される場合、工具製造システム内部の要素は、同一平面又は多層に構成される一連のモジュールの形で配置される。この方法によって、達成される工具アスペクト比に影響を及ぼすことなく要素及びアクチュエータの長さを減少させることができる。
【0025】
本発明のさらなる態様によれば、複数の要素がアレイ状に配置されたモジュール式工具を用いる工具製造表面作成方法が提供され、この方法が、要素が相互に接触する閉止位置からアレイの要素が相互に離間される開放位置へ要素を移動させるステップと、工具の所望の表面輪郭を作成するために要素を相互に相対的に上下方向に移動させるステップと、要素を開放位置から閉止位置へと戻すステップとを含む。
【0026】
好ましくは、アレイに配された要素はアレイが閉止位置にあるときに機械加工されるが、アレイが開放位置にあるときに要素が機械加工されてもよい。
【0027】
あるいは、アレイに配された要素の上部は、アレイから独立して着脱および機械加工されてもよい。
【0028】
本発明と、添付図面のみを参照し、例によって説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
図1を参照すると、公知の再構成可能なモジュール式工具の全体が10として示される。互いに離間された上下方向に調整可能な複数のピン12が駆動ベース14に取り付けられ、駆動ベース14上の各ピン12の高さを個々に設定できるようになっている。可撓性を有するフェースシート16が、ピン12の端部に接続される。ピン12の個々の高さを調整することによって、フェースシートの所望の表面輪郭を設定できる。調整は、所望の輪郭をあらかじめプログラムされたコンピュータ(図示せず)を介して自動的に制御される。
【0030】
本発明に基づく工具の第一の実施形態を、図2から図5を参照しながら説明する。工具は全体としては15として示され、閉止位置に配置された複数の要素18を含み、この閉止位置において、隣接する要素18の側面は相互に接触する。各要素18の上端部20は、工具製造表面22を形成する。図5に示されるように、工具15は、アレイ28に配置される9つの要素18を含む。挟持部材24、26は付加的な側方支持を提供し、工具15が機械加工されるとき、および使用される際にはアレイ28の要素18を互いに対して固定する。
【0031】
工具15の表面輪郭22を変更するためには、挟持部材24、26を開放し、要素18を駆動手段によって互いに相対して上下方向に移動し、図3に示されるように所望の工具表面輪郭22に近似した状態を作成する。駆動手段は、所望であれば、駆動手段を着脱自在に構成してよい。
【0032】
好ましい構成(図示せず)において、駆動手段は、各要素の下面に回転可能に取り付けられて下方向に延出すると共に、ねじ切りされてベース部分に嵌合するロッドを含む。要素18は、ねじ切りされたロッドの回転によって位置決めされ、各ロッドは、電気モータによって駆動される。代替的な構成(図示せず)において、全ての要素18は手動で上昇される。そして、各要素は、所望の位置まで重力によって落下し、そこで固定される。
【0033】
要素が上下方向に位置決めされたとき、図4に示されるように、工具製造表面22はフライス62によって機械加工される。上記のように要素18が機械加工前に既に位置決めされているので、必要な機械加工は最小限で済む。必要なのは最終仕上げ切削のみなので、機械加工で失われるのは一般的に各要素の5%未満である。
【0034】
要素18は二つのパーツから形成され、これらは、着脱自在かつ機械加工可能な上部64と、工具の常設部であって且つ上述のように駆動可能な下部66である。工具製造表面22が機械加工されるときは、要素18の上部64が、組み立てられた工具15において機械加工されるのが好ましい。しかしながら、工具15の寸法が大きすぎて加工が不可能な場合は、上部64を工具15から取り外して独立して機械加工してもよい。
【0035】
本発明の別の実施形態においては、図6及び図7に示されるように、アレイ28の要素18は、図2に示される位置すなわち閉止位置から、図6に示される開放位置に移動される。要素18は、電気モータ手段、伝動装置およびクロススライドによって駆動されて離間する(図示されず)。アレイ28が開放位置に達すると、要素18は、図7に矢印Aで表示されるように、相互に相対的に上下方向に移動される。
【0036】
要素18がひとたび上下方向に位置決めされると、アレイ28は、開放位置から閉止位置へと戻される。最後にアレイ28の要素18は、挟持部材24、26によって固定され(図5参照)、工具製造表面22が機械加工されて使用に供せられる。
【0037】
別のアレイ30の閉止位置及び開放位置が、図8及び図9に各々示される。支持レール31〜38は要素41〜48を各々支持すると共に、矢印Bに表示されるようにアレイ30の要素を閉止位置及び開放位置間で移動すべく駆動され、離間する。
【0038】
隣接する要素、例えば、要素41及び42の頂点の対角線は、閉止位置において互いに接して整合する。隣接する要素41、42の頂点71、72を離間させるために、要素41、42は、別々の支持レール31、32に取り付けられる。同様に、隣接する要素43及び44、45及び46、47及び48は各々別々の支持レールに取り付けられる。
【0039】
図10及び図11は各々、さらに別のアレイ50の閉止位置及び開放位置を図示する。支持レール51〜54は、各要素55〜58を支持すると共に、矢印Cによって表示されるように、アレイ50の要素を閉止位置及び開放位置間で移動させるべく駆動され、離間する。アレイ50において、要素55〜58の断面は略正方形であって、要素の一つ55において59及び60で各々示されるように、尖端とそれに対応する形状の凹部を有して形成される。
【0040】
尖端59及び凹部60は、各要素55、56、57、58の対向する頂点において、同軸となるように配置され、またアレイ50の開放位置及び閉止動作の方向と同軸である。
【0041】
したがって、アレイ50が閉止位置にあるときは、尖端59は各々、隣接する要素の凹部60と係合する。例えば、要素57の尖端61は、要素55の凹部60に位置する。
【0042】
この配置は、隣接する要素55、55の頂点75、75が閉止位置においては相互に接触しないという点で有利である。結果として、アレイ50の閉止位置から開放位置への移動において、隣接する要素55、55を支持するのに必要とされるのは支持レール51ただ一つである。同様に、他の隣接する要素56、56、57、57、58、58も、隣接する要素の各アレイ用の支持レール52、53、54を各々必要とするのみである。さらに、尖端及び凹部の互いに噛み合う性質が工具15に強度を付与し、開放位置から閉止位置への移動において、アレイ50の要素を案内する助けとなる。
【0043】
さらに別の配置が図12に示され、この配置において、アレイの要素は、A、B及びCとして表されているモジュールの形で配置される。モジュールA、B及びCは、同一の平面上に配置されてもよいし、図12に示されるように多層面に別々に配置されてもよい。
【0044】
上記図面に示される要素18は全て同一の寸法であるが、異なる工具製造に応用されるときは異なる寸法の要素18が用いられてよい。例えば、大きなアスペクト比が必要とされる、つまり工具製造表面輪郭の深さの範囲が幅に比して大きい工具製造表面22の領域においては、より小さい要素18をより多く用いることによって、要素の各々を機械加工する必要性が減少する。
【0045】
真空形成に用いられる工具15の場合、要素18の工具製造表面22から要素の下面を貫いて貫通孔(図示せず)が設けられ、真空ポンプに接続される。あるいは、要素は、互いに完全にぴったり嵌合しない断面に形成されてもよい。閉じられたアレイに配置されるとき、これらの要素(図示せず)はその間にダクトを有し、これらのダクトは工具製造表面にまで延在し、真空をもたらすために使用できる。工具を冷却すべく、あるいは工具製造表面22から製品を除去すべく、上記の孔又はダクトを介して工具製造表面22に正圧をもたらすこともできる。
【0046】
要素18は、例えば、プラスチック、金属、木材及び合金のような広範囲の材料から作られてよく、材料の選択は工具の使用環境に応じて異なる。しかしながら、材料の選択は、工具製造表面22の機械加工の必要性によっても制限を受ける。いくつかの応用例においては、例えば、樹脂、膜又はめっきされた薄板を工具製造表面22に付与して工具製造表面を保護してもよい。各工具15の寸法は制限されず、工具15の寸法は、アレイ28への要素18の追加又はアレイ28からの要素18の除去によって調節できることが意図されている。航空機の翼のような大きな製品については、要素は、例えば、1mの上下方向移動が可能な500mm四方の正方形であってよい。携帯電話のような小さな製品に関しては、要素は、例えば、300mmの上下方向移動が可能な5mm四方の正方形であってよい。工具15は、一次的及び二次的どちらの応用の範囲においても用いられることが意図され、応用範囲は、例えば、真空成形、複合レイアップ法、プレス工具製造、射出成型及び型鋳造が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】図1は、可撓性を有するフェースシートが上下方向に調整可能なピンのアレイの上に取り付けられる、再構成可能なモジュール式工具の公知の構成を示す。
【図2】図2は、アレイに配列された複数の要素を含む、本発明に基づく工具を示す。
【図3】図3は、要素が相互に相対的に上下方向に移動された、図2の工具を示す。
【図4】図4は、工具の表面輪郭がフライスによって所望の形状に切削されている、図2及び図3の工具を示す。
【図5】図5は、要素を閉止位置に固定する挟持フレームを示す。
【図6】図6は、要素の上下方向への移動の前に、アレイの要素が開放位置に移動される、本発明の別の実施形態を示す。
【図7】図7は、開放位置において要素が上下方向に移動されている、図6の工具を示す。
【図8】図8は、支持レールに別のアレイ配列で取り付けられた複数の正方形の要素(閉止位置)を示す。
【図9】図9は、開放位置に移動された図8のアレイの要素を示す。
【図10】図10は、支持レールにアレイ配列で取り付けられた複数のセルフガイド式要素(閉止位置)を示す。
【図11】図11は、開放位置に移動された図10のアレイの要素を示す。
【図12】図12は、アレイの要素がモジュール式に配置された本発明の実施の形態を示す。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to tools, and more particularly, to reconfigurable modular tools.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0002]
The manufacture of tools or molds conventionally involves machining the billet of material and additional steps such as casting from a mold, sculpting or fettling from sheet metal or the like, or assembling. . For large tools, typically required in the aviation and automotive industries, the production of tools by these methods is time consuming and unacceptably expensive. One of the causes of this problem is the large billet size of the material required, which affects the tools in production and must be ordered months before supply.
[0003]
Further, because of the amount of skilled labor and the materials required for tool manufacturing, manufacturing tools with limited production volumes, such as, for example, product development, limited batch manufacturing, and mass customization, is a traditional process. Was uneconomical.
[0004]
In order to overcome these problems, reconfigurable modular tools have been developed, as typified by the disclosure of U.S. Pat. No. 5,846,464. In the tool disclosed in this patent, a row of vertically adjustable pins is mounted on a drive base, and the height of each pin can be individually set on the base. A flexible surface or facesheet is connected to a flexible support, which is attached to the ends of the pins. Accordingly, the surface contour of the face sheet can be set to a desired contour by adjusting the individual heights of the pins. By pre-programming the desired contour, the adjustment is automatically controlled via a computer. When using this tool, the facesheet surface operates as either a primary tooling surface or a secondary tooling surface for making prototypes or molds, such as castings.
[0005]
While reconfigurable tools of the type described above may be suitably used in some applications, some applications lack sufficient rigidity and / or defined fineness in the tooling surface. The pins supporting the flexible facesheet are spaced apart from each other and do not lie in the plane of the desired surface profile. Therefore, the face sheet surface is merely an approximate surface connecting the points of the desired surface contour. The resolution of the surface depends on the density, number and size of the pins in the tool row, but as the density of the pins increases, the dimensions of the pins decrease, making pin position adjustment difficult.
[0006]
The bonding strength of the pins is much lower than a normal hard tool, and this tool is not strong enough to withstand most tool manufacturing operations. Further, the range of the aspect ratio, ie, the depth of the tooling surface, relative to the width, is limited by the amount of deformability of the facesheet.
[Means for Solving the Problems]
[0007]
According to the present invention there is provided a tool manufacturing system comprising a plurality of elements arranged in an array, each element being longitudinally movable relative to other elements in said array. And has a first end. The system further includes means for adjusting the relative longitudinal position of the element such that the free end of the element substantially defines a desired surface profile, and means for holding the element in the adjusted position. A first end of each element is provided on a machinable portion removably attached to the base portion, and the free end of said element is machineably disposed to create a desired surface profile. It is characterized by that.
[0008]
As used herein, the term "base portion" is a portion of an element and includes a base portion that can be driven by a drive member and the drive member itself.
[0009]
Preferably, the elements of the array are movable between a closed position in which the elements are in contact with each other and locked in place, and an open position in which the elements of the array are separated. Preferably drive means are provided for opening and closing the array.
[0010]
A tool provided according to yet another aspect of the present invention includes a plurality of elements arranged in an array, and driving means for opening and closing the array, wherein the elements of the array are arranged in an array. The element is movable between a closed position in which the elements are in contact with each other and fixed at a predetermined position, and an open position in which the elements of the array are spaced apart from each other and are generally vertically movable relative to one another.
[0011]
In this yet another aspect of the invention, the element can be machined to a precise surface profile, for example by milling, routing or laser ablation. Thus, the element may be used multiple times and machined to a new surface profile depending on the particular tool desired. The element may be machineable and removable over its entire length, or it may be composed of an upper part and a lower part, and the upper part may be removable and machineable.
[0012]
It is a further advantage of the present invention that when the face of the tool is machined, the tool face is an accurate surface rather than an approximate surface connecting the points of the desired surface profile. Further machining of the elements allows larger elements to be used for a given size tool, which is easier to vertically position, move laterally, and secure in an array. It is a further advantage of the present invention that the number of pins can be reduced.
[0013]
Preferably, a driving means or still another driving means moves each element in the vertical direction. Still other drive means include separate drive means for each element, movable drive means for sequentially driving each element, or a set of drive means each for driving one or more elements. Is fine.
[0014]
Alternatively, the elements may be set to the raised position, and each element may be dropped to a desired position by gravity, and the elements may be braked and fixed at that position.
[0015]
Preferably, the elements arranged in an array fit closely together to create a continuous tooling surface. In yet another alternative arrangement, the elements do not completely fit together, to apply a negative pressure to the tool surface for use in the tool and vacuum forming, and to cool and / or cool the tool. Ducts for applying a positive pressure to the tool surface for the purpose of discharging the product may be arranged between the elements. Alternatively, through-holes or channels may be provided on the surface where it is necessary to apply a negative pressure or a positive pressure to the tool surface.
[0016]
The cross section of each element is substantially square, and a sharp end is formed at a first vertex of the square, and a concave portion having a shape corresponding to the sharp end is formed at an opposing vertex of the square. Is preferred. Alternatively, the cross sections of the elements may be square, rectangular, or any cross-section that can fit snugly together.
[0017]
The elements may all have the same dimensions. Alternatively, the elements may have different dimensions depending on changes in the contour of the tool surface. For example, if the change in the surface profile of the array is large, it is preferable to have smaller elements and higher element densities to reduce the machining required for the elements.
[0018]
Elements arranged in an array may vary in size depending on the product being manufactured by the tool. For example, in product areas where highly detailed work is performed, it is required to increase the density of elements in the array by making them smaller than the elements.
[0019]
The element may be made of a wide variety of materials, for example, plastics, ceramics, metals, wood, composites and alloys, and the material may be selected depending on the environment in which the tool will be used. The elements in the array may be made from the same or different materials. The choice of material is possibly limited by the requirements of the tool surface to be machined.
[0020]
An array may include special elements that are themselves known to have particular functions within the array. Such special elements include discharge pins, side action pins for undercutting, and sprue pins for introducing material into the mold.
[0021]
If it is desired or required that no witness marks resulting from the presence of gaps between the elements remain on the surface of the component manufactured in the tool manufacturing system of the present invention, the elements may be integrated on the tool manufacturing surface. May be combined. Depending on the material from which the elements are made, the elements may be joined by any suitable technique, such as, for example, resin bonding or welding. If reconfiguration of the tool is required, the bond may be removed mechanically or chemically, for example by machining. A trace-free surface may be required, for example, for decorative or aesthetic reasons or to ensure a structural sense of unity.
[0022]
In use, a coolant or heating medium may be added to the back of the tool manufacturing system according to various aspects of the invention.
[0023]
According to a further aspect of the invention, there is provided a step of attaching a plurality of elements arranged in an array, each element having an upper portion removably attached to a base portion; A tool manufacturing method is provided that includes moving in a direction and machining the top to a desired surface profile.
[0024]
If the tool production system according to the invention requires a large change in the surface profile, the elements inside the tool production system are arranged in a series of coplanar or multi-layered modules. In this way, the length of the elements and actuators can be reduced without affecting the tool aspect ratio achieved.
[0025]
According to a further aspect of the present invention, there is provided a method for creating a tool making surface using a modular tool having a plurality of elements arranged in an array, the method comprising the steps of: Moving the elements to an open position that is spaced apart from each other; moving the elements up and down relative to each other to create a desired surface profile of the tool; and moving the elements from an open position to a closed position. Returning.
[0026]
Preferably, the elements arranged in the array are machined when the array is in the closed position, but the elements may be machined when the array is in the open position.
[0027]
Alternatively, the top of the elements arranged in the array may be detached and machined independently of the array.
[0028]
The invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0029]
Referring to FIG. 1, a known reconfigurable modular tool is shown generally at 10. A plurality of vertically adjustable pins 12 that are separated from each other are attached to the drive base 14 so that the height of each pin 12 on the drive base 14 can be set individually. A flexible face sheet 16 is connected to the ends of the pins 12. By adjusting the individual heights of the pins 12, the desired surface profile of the face sheet can be set. The adjustment is automatically controlled via a computer (not shown) with the desired contour pre-programmed.
[0030]
A first embodiment of the tool according to the invention will be described with reference to FIGS. The tool is shown generally as 15 and includes a plurality of elements 18 arranged in a closed position, in which the sides of adjacent elements 18 contact each other. The upper end 20 of each element 18 forms a tool making surface 22. As shown in FIG. 5, tool 15 includes nine elements 18 arranged in an array 28. The clamping members 24, 26 provide additional lateral support and secure the elements 18 of the array 28 to one another when the tool 15 is machined and used.
[0031]
To change the surface contour 22 of the tool 15, the clamping members 24, 26 are released and the elements 18 are moved up and down relative to each other by means of the drive means, as shown in FIG. A state similar to 22 is created. If desired, the driving means may be configured such that the driving means is detachable.
[0032]
In a preferred configuration (not shown), the drive means includes a rod rotatably mounted on the lower surface of each element and extending downwardly and threaded to engage the base portion. The element 18 is positioned by rotation of a threaded rod, each rod being driven by an electric motor. In an alternative configuration (not shown), all elements 18 are manually raised. Then, each element falls to a desired position by gravity and is fixed there.
[0033]
When the elements are positioned vertically, the tooling surface 22 is machined by the milling cutter 62, as shown in FIG. Since the elements 18 are already positioned before machining as described above, minimal machining is required. Since only the final finishing cut is required, less than 5% of each element is typically lost in machining.
[0034]
The element 18 is formed from two parts, a removable and machineable upper part 64 and a lower part 66 which is a permanent part of the tool and which can be driven as described above. When the tooling surface 22 is machined, the upper portion 64 of the element 18 is preferably machined in the assembled tool 15. However, if the dimensions of the tool 15 are too large for machining, the upper portion 64 may be removed from the tool 15 and machined independently.
[0035]
In another embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7, the elements 18 of the array 28 are moved from the position shown in FIG. 2 or the closed position to the open position shown in FIG. . The elements 18 are driven apart by electric motor means, transmissions and cross slides (not shown). When the array 28 reaches the open position, the elements 18 are moved up and down relative to each other, as indicated by arrow A in FIG.
[0036]
Once the elements 18 are positioned vertically, the array 28 is returned from the open position to the closed position. Finally, the elements 18 of the array 28 are secured by clamping members 24, 26 (see FIG. 5), and the tooling surface 22 is machined for use.
[0037]
The closed and open positions of another array 30 are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. Support rails 31-38 support and separate elements 41-48, respectively, and are driven to move the elements of array 30 between the closed and open positions, as indicated by arrow B, and are spaced apart.
[0038]
The diagonals of the vertices of adjacent elements, eg, elements 41 and 42, meet and align with each other in the closed position. Elements 41, 42 are mounted on separate support rails 31, 32 to separate vertices 71, 72 of adjacent elements 41, 42. Similarly, adjacent elements 43 and 44, 45 and 46, 47 and 48 are each mounted on separate support rails.
[0039]
10 and 11 each illustrate a further array 50 in a closed position and an open position. The support rails 51-54 support and move each of the elements 55-58 and are moved to move the elements of the array 50 between the closed and open positions, as indicated by arrow C, and are spaced apart. In the array 50, the cross-section of the elements 55-58 is substantially square and is formed with a point and a correspondingly shaped recess, as indicated at 59 and 60, respectively, in one of the elements 55.
[0040]
The point 59 and the recess 60 are coaxially disposed at opposing vertices of each element 55, 56, 57, 58 and are coaxial with the open position of the array 50 and the direction of the closing movement.
[0041]
Thus, when the array 50 is in the closed position, each of the points 59 engages a recess 60 in an adjacent element. For example, point 61 of element 57 is located in recess 60 of element 55.
[0042]
This arrangement is advantageous in that the vertices 75, 75 of adjacent elements 55, 55 do not touch each other in the closed position. As a result, in moving the array 50 from the closed position to the open position, only one support rail 51 is required to support the adjacent elements 55, 55. Similarly, other adjacent elements 56, 56, 57, 57, 58, 58 only require support rails 52, 53, 54 for each array of adjacent elements, respectively. In addition, the interlocking nature of the points and recesses impart strength to the tool 15 and assist in guiding the elements of the array 50 in moving from the open position to the closed position.
[0043]
Yet another arrangement is shown in FIG. 12, in which the elements of the array are arranged in modules represented as A, B and C. The modules A, B and C may be arranged on the same plane, or may be arranged separately on a multilayer plane as shown in FIG.
[0044]
Although the elements 18 shown in the above figures are all of the same size, different sized elements 18 may be used when applied to different tool manufacturing. For example, in areas where a large aspect ratio is required, i.e., where the depth of the tooling surface contour is large relative to the width, the area of the tooling surface 22 can be increased by using more of the smaller elements 18. The need to machine each is reduced.
[0045]
In the case of a tool 15 used for vacuum forming, a through hole (not shown) is provided from the tool manufacturing surface 22 of the element 18 through the lower surface of the element and is connected to a vacuum pump. Alternatively, the elements may be formed in cross sections that do not completely fit together. When placed in a closed array, these elements (not shown) have ducts in between that extend to the tooling surface and can be used to create a vacuum. Positive pressure may be applied to the tooling surface 22 through the holes or ducts to cool the tool or remove product from the tooling surface 22.
[0046]
Element 18 may be made from a wide variety of materials, such as, for example, plastics, metals, wood, and alloys, the choice of materials depending on the environment in which the tool will be used. However, the choice of material is also limited by the need to machine the tooling surface 22. In some applications, for example, a resin, film or plated sheet may be applied to the tooling surface 22 to protect the tooling surface. The size of each tool 15 is not limited, and it is contemplated that the size of the tool 15 can be adjusted by adding or removing elements 18 from the array 28. For large products, such as aircraft wings, the element may be, for example, a 500 mm square with 1 m up and down movement. For small products, such as mobile phones, the element may be, for example, a 5 mm square with a 300 mm up and down movement. The tool 15 is intended to be used in both primary and secondary applications, including, for example, vacuum forming, composite lay-up, press tool making, injection molding and die casting. .
[Brief description of the drawings]
[0047]
FIG. 1 shows a known configuration of a reconfigurable modular tool in which a flexible facesheet is mounted on an array of vertically adjustable pins.
FIG. 2 shows a tool according to the invention, comprising a plurality of elements arranged in an array.
FIG. 3 shows the tool of FIG. 2 with the elements moved up and down relative to each other.
FIG. 4 shows the tool of FIGS. 2 and 3 in which the surface contour of the tool has been cut to the desired shape by milling.
FIG. 5 shows a clamping frame securing the element in a closed position.
FIG. 6 illustrates another embodiment of the present invention in which the elements of the array are moved to an open position prior to the vertical movement of the elements.
FIG. 7 shows the tool of FIG. 6 with the elements moved up and down in the open position.
FIG. 8 shows a plurality of square elements (closed position) mounted on the support rails in another array arrangement.
FIG. 9 shows the elements of the array of FIG. 8 moved to an open position.
FIG. 10 shows a plurality of self-guided elements (closed position) mounted on a support rail in an array arrangement.
FIG. 11 shows the elements of the array of FIG. 10 moved to an open position.
FIG. 12 illustrates an embodiment of the present invention in which the elements of the array are modularly arranged.
Claims (25)
アレイ(array)に配置された複数の要素であって、各要素が前記アレイ内の他の要素に相対して長手方向に移動可能であると共に第一の端を有する要素と、
前記要素の自由端が所望の表面輪郭を略画定するように、前記要素の相対的な長手方向位置を調整する手段と、
前記要素を調整された位置に保持する手段とを含み、
ベース部に着脱自在に取り付けられた機械加工可能な部分に各要素の前記第一の端が設けられ、また前記所望の輪郭表面を作成すべく前記要素の前記自由端が機械加工可能に配置されることを特徴とする、
前記工具製造システム。A tool manufacturing system,
A plurality of elements arranged in an array, each element being longitudinally movable relative to other elements in the array and having a first end;
Means for adjusting the relative longitudinal position of the element such that the free end of the element substantially defines a desired surface profile;
Means for holding the element in the adjusted position.
A first portion of each element is provided on a machinable portion removably attached to a base portion, and the free end of the element is machined to create the desired contoured surface. Characterized by the fact that
The tool manufacturing system.
前記要素を、前記要素が相互に接触する閉止位置から、前記アレイの前記要素が離間される開放位置へと移動するステップと、
前記工具の所望の表面輪郭を作成するために、前記要素を相互に相対的に上下方向に移動するステップと
前記要素を前記開放位置から前記閉止位置へ戻すために移動させるステップと、
を含む、前記工具製造方法。A tool manufacturing method using a modular tool in which a plurality of elements are arranged in an array,
Moving the elements from a closed position where the elements contact each other to an open position where the elements of the array are spaced apart;
Moving the elements up and down relative to each other to create a desired surface profile of the tool; and moving the elements back from the open position to the closed position;
The tool manufacturing method, comprising:
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